Etude expérimentale et théorique du comportement d'un tunnel renforcé par boulonnage frontal

Trompille Virginie

Description

Sommaire 9 Sommaire INTRODUCTION GÉNÉRALE 15 CHAPITRE 1 RENFORCEMENT DU FRONT DE TAILLE D’UN TUNNEL PAR 17 BOULONNAGE1.1. Introduction 19 1.2. Stabilité des tunnels 19 1.2.1 Phénomène de décompression du massif 19 1.2.2 Méthodes de renforcement 21 1.3. Le boulonnage au front de taille 22 1.3.1 Historique : du clouage des terres à la Nouvelle Méthode Autrichienne 22 1.3.2 Technique de boulonnage frontal 23 1.3.3 Caractéristiques d’un boulon en fibre de verre 25 1.4. Dimensionnement du boulonnage frontal 25 1.4.1 Approche en stabilité 26 1.4.2 Approche en déformation 28 1.5. Exemple de chantier de tunnel boulonné frontalement 29 1.6. Les modélisations expérimentales 32 1.6.1 Tunnel non renforcé 33 1.6.2 Tunnel boulonné frontalement 35 1.7. Conclusion 38 CHAPITRE 2 MODÉLISATION THÉORIQUE PAR UNE APPROCHE ANALYTIQUE 39 2.1. Introduction 41 2.2. Hypothèses principales 41 2.3. Loi de comportement homogénéisée 44 2.4. Equations fondamentales du problème 45 2.5. Evolution des zones élasto-plastiques 46 2.6. Résolution du problème 50 2.6.1 Conditions mathématiques caractérisant les cas A, B et C 50 2.6.2 Expressions des principales grandeurs 52 2.7. Etude de sensibilité des paramètres 52 2.7.1 Plages de paramètres réalistes 53 2.7.2 Abaques de prédimensionnement 53 2.8. Conclusion 55 CHAPITRE 3 MODÉLISATION EXPÉRIMENTALE SUR MODÈLE RÉDUIT 3D 57 3.1. Introduction 59 3.2. Lois de similitude 60 Sommaire 10 3.2.1 Écriture des équations générales ...

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Sommaire

Sommaire

I NTRODUCTION GÉNÉRALE

C HAPITRE 1R ENFORCEMENT DU FRONT DE TAILLE D ’ UN TUNNEL PAR BOULONNAGE 1.1.Introduction 1.2.Stabilité des tunnels 1.2.1Phénomène de décompression du massif 1.2.2Méthodes de renforcement 1.3.Le boulonnage au front de taille 1.3.1Historique : du clouage des terres à la Nouvelle Méthode Autrichienne 1.3.2Technique de boulonnage frontal 1.3.3Caractéristiques d’un boulon en fibre de verre 1.4.Dimensionnement du boulonnage frontal 1.4.1Approche en stabilité 1.4.2Approche en déformation 1.5.Exemple de chantier de tunnel boulonné frontalement 1.6.Les modélisations expérimentales 1.6.1Tunnel non renforcé 1.6.2Tunnel boulonné frontalement 1.7.Conclusion

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17 19 19 19 21 22 22 23 25 25 26 28 29 32 33 35 38

C HAPITRE 2M ODÉLISATION THÉORIQUE PAR UNE APPROCHE ANALYTIQUE  39 2.1.Introduction 41 2.2.41Hypothèses principales 2.3.44Loi de comportement homogénéisée 2.4.45Equations fondamentales du problème 2.5.46Evolution des zones élastoplastiques 2.6.Résolution du problème50 2.6.150Conditions mathématiques caractérisant les cas A, B et C 2.6.252Expressions des principales grandeurs 2.7.52Etude de sensibilité des paramètres 2.7.153Plages de paramètres réalistes 2.7.2Abaques de prédimensionnement53 2.8.Conclusion 55 C HAPITRE 3M ODÉLISATION EXPÉRIMENTALE SUR MODÈLE RÉDUIT 3D 57 3.1.Introduction 59 3.2.Lois de similitude60

Sommaire

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.3. 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4. 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5. 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.6. 3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.7.

Écriture des équations générales de la dynamique Écriture de l’équation de conservation de la masse Lois de comportement Récapitulatif Le matériau sol Caractéristiques du "solprototype" Choix du "solmodèle" Caractérisation du "solmodèle" Le matériau boulon Caractéristiques du "boulonprototype" Choix du "boulonmodèle" Caractérisation du "boulonmodèle" Le dispositif expérimental La cuve d’essai Le système d’enfoncement du tubetunnel La confection du massif La mise en place des boulons Le mode de sollicitation du massif L’instrumentation du modèle réduit Campagne d’essais Première phase de l’essai : creusement du tunnel Seconde phase de l’essai : chargement en surface Caractéristiques de chaque essai Conclusion

C HAPITRE 4A NALYSE DES RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX 4.1.Phase de creusement : résultats expérimentaux 4.1.1Longueur de prévoûte et fréquence des chutes locales au front 4.1.2Évolution des tassements en surface 4.1.3Évolution des déplacements internes devant le front 4.1.4Évolution des contraintes internes 4.2.Phase de chargement : résultats expérimentaux 4.2.1Durée des paliers de chargement 4.2.2Évolution des tassements 4.2.3Évolution des déplacements internes et de l’extrusion 4.2.4Évolution des contraintes internes (essais 6, 7 et 8) 4.2.5Surcharge de rupture 4.3.Conclusion

C HAPITRE 5V ALIDATION DU MODÈLE ANALYTIQUE 5.1.Introduction 5.2.Comparaison avec des données in situ 5.2.1Présentation des mesures d’extrusion 5.2.2Analyse des mesures des deux extrusomètres 5.2.3Paramètres de calcul du modèle analytique

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60 61 61 62 63 63 64 64 73 73 73 73 79 80 81 82 85 86 87 92 93 94 94 97

99 101 101 103 107 117 117 117 118 119 126 131 132

135 137 137 137 144 148

Sommaire

5.2.4 5.2.5 5.3. 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.4. 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.5.

Comparaison des résultats et commentaires Etude paramètrique Comparaison avec une modélisation numérique 3D Modèle numérique Paramètres de calcul Résultats et commentaires Comparaison avec l’expérimentation sur modèle réduit Vérification des lois de similitude appliquées au modèle réduit Comparaison au cours de la phase de creusement Comparaison au cours de la phase de chargement surfacique Conclusion

C ONCLUSION ET PERSPECTIVES

R ÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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149 151 153 153 154 155 159 159 160 163 165 167

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A NNEXE AM ODÈLE ANALYTIQUE : RÉSOLUTION DÉTAILLÉE ET RÉSULTATS 175

A NNEXE BG ÉOMÉTRIE DU FRONT DE TAILLE LORS DE LA PHASE DE CREUSEMENT

A NNEXE CT ASSEMENTS DURANT LA PHASE DE CREUSEMENT

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A NNEXE DT ASSEMENTS DURANT LES PHASES D ’ ENFONCEMENT DU TUBE  199

A NNEXE ED ÉPLACEMENTS INTERNES DURANT LA PHASE DE CREUSEMENT 203

A NNEXE FD ÉPLACEMENTS INTERNES ET EXTRUSION DURANT LA PHASE DE CHARGEMENT EN SURFACE  205